Relatório - experimento gota em queda livre

Relatório - experimento gota em queda livre

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Relatório I: Determinação do diâmetro de uma gota em queda livre.

Técnica de Pesquisa Experimental

Discentes: Fernando Ribeiro Alves

Guilherme de Souza Oliveira Rafael Gon Ricardo da Silva Nunes

Prof. Dr. EDSON DEL RIO VIEIRA

PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 2º SEMESTRE – AGOSTO/2010

Unesp

Universidade Estadual Paulista “ Júlio de Mesquita Filho”

Campus Ilha Solteira-SP Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Relatório referente ao experimento realizado para determinação do diâmetro de uma gota, realizado no dia 17/08/10, para avaliação complementar da disciplina de Técnicas de Pesquisa Experimental do curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Unesp - FEIS – Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, disciplina ministrada pelo Prof. Dr. Edson Del Rio Vieira.

Objetivos:

Através de métodos fotográficos e matemáticos, determinar o diâmetro de uma gota de um fluído em queda livre.

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Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Técnica de Pesquisa Experimental

1. Introdução

Ao se tratar de meios de pesquisa científicos, há uma necessidade de comprovar e mensurar dados através de experimentos. Como no exemplo passado em aula sobre o experimento iniciado por J.J. Thonson em 1897 e posteriormente realizado de forma mais precisa por Millikan e Begeman em 1909, a fim de determinar o valor da carga do elétron. Grandes dificuldades apareceram durante este experimento, porém, uma delas foi a determinação do diâmetro da gota de óleo utilizada no experimento. Para entendermos melhor tais dificuldades, realizaremos um experimento com uma gota de um fluído de tamanho maior em relação ao do experimento de Milikan, a fim de determinar o diâmetro da mesma.

2. Procedimentos e Resultados

A partir do caso proposto da medição do diâmetro de uma gota em queda livre através de métodos fotográficos, chegou-se a um consenso de que o uso de um laboratório permitiria um resultado mais preciso e para isso foi agendado o experimento nas dependências do laboratório de química do Unisalesiano-Araçatuba. Com o uso de um aparato desenvolvido pelo grupo a fim de que possibilitasse uma melhor visualização, seguindo as seguintes características:

Figura.01- Aparato com régua graduada

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O fluído utilizado foi uma solução composta de água e o corante azul de metileno, assim possibilitando um melhor contraste em relação ao fundo branco do aparato usado no experimento. A solução apresenta uma cor azul claro, como a figura.02 ilustra:

Figura.02- Solução de H2O+Azul de metileno.

A câmera fotográfica de modelo Sony DSC-H50 9.1 Megapixel, utilizada no experimento, foi posicionada de acordo com o diagrama da figura abaixo:

Figura.03- Posicionamento da câmera fotográfica.

Para a calibração dos equipamentos foi feito através de comparação da fotografia de uma esfera de aço de diâmetro igual a 7,85 m como a figura.04 ilustra:

Figura.04- Esfera de aço.

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Com base nos equipamentos montados, foram feitas as fotografias a fim de se observar a gota em queda livre, após várias fotografias, conseguiu-se algumas fotografias com a gota atravessando a escala graduada, como a figura.05 mostra:

Figura.05- Gotas fotografadas em queda livre.

Das três imagens acima, a que mais se aproxima da forma esférica é a terceira, sendo que pela escala da régua visualiza-se que o diâmetro com relação verticalmente perpendicular ao plano de referência, está em um valor próximo de cinco milímetros, como a precisão da régua é de um milímetro, o valor adotado para o diâmetro da gota é de cinco milímetros. Em contra prova a estes valores mensurados, foi utilizado outro meio para se obter o diâmetro das gotas. Através de relações entre volume, massa e densidade do fluído, assim como o equacionamento abaixo:

Volumeesfera: (2.01)

Densidade da solução de H2O+Azul de metileno:
(

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Primeiramente, com volume de 30 ml e massa da solução de 28,0270 gramas, a uma temperatura de 23°C, como a figura.06 mostra, determinou-se a densidade desta solução:

](2.04)

Figura.06- Solução H2O+Azul de metileno à 23°C .

A partir destes dados, foram coletadas trinta amostras de massa de gotas efetuadas com o mesmo conta-gotas e a partir destas massas, substituindo-se os valores em 2.03, encontrou-se valores de diâmetro em relação a massa, de acordo com a tabela abaixo:

15 0,0563 4,86428099 30 0,0515 4,721916096 Tabela.01- Relação massa-diâmetro de gotas amostradas.

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